Текст уведомления здесь

В Томске сделали «умный» материал с настраиваемой смачиваемостью

Им можно будет управлять с помощью электрического поля.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из Томского политехнического университета совместно с коллегами из Института химической технологии в Праге создали материал, смачиваемостью которого можно управлять с помощью электрического поля. Подобные материалы могут применяться, например, для создания самоочищающихся покрытий. Результаты работы опубликованы в журнале Applied Materials & Interfaces.

Смачиванием называют процесс взаимодействия жидкости с поверхностью твердого тела. Если поместить воду на чистое обезжиренное стекло, она растечется по поверхности очень тонким слоем — это пример хорошей смачиваемости, такую поверхность называют гидрофильной («любящей воду»). А вот на поверхности парафина вода не будет растекаться, а наоборот, останется в виде шарообразной капли — это плохая смачиваемость, такую поверхность называют гидрофобной («боящейся воды») Более точно оценить смачиваемость можно посредством измерения краевого угла. Так называют угол между касательной к поверхности капли и твердой поверхностью.

Краевые углы меньше 90 градусов соответствуют гидрофильным поверхностям, больше 90 градусов — гидрофобным. Смачиваемость можно определять и для других жидкостей, причем для некоторых (масло, бензин) она будет существенно отличаться от водной. Подбор смачиваемости материала очень важен при создании влагостойких, морозостойких, а также быстро набирающих популярность самоочищающихся покрытий.

Краевой угол смачивания, или угол контакта θс. Изображение: Wikimedia Commons
Краевой угол смачивания, или угол контакта θс. Изображение: Wikimedia Commons

Команде российских и чешских химиков удалось создать материал, смачиваемостью которого можно управлять с помощью электрического поля. Основу материала ученые сделали из проводящих полимеров, которые позволяют подключать материал к источнику электричества. К поверхности полимеров химически привязали разные функциональные группы — карбоксильные группы -СООН (эти группы содержат полярные связи кислород-водород, то есть похожи на воду и должны обеспечивать гидрофильное взаимодействие) либо длинные углеводородные «хвосты», замещенные фтором C8F17 (эти группы больше похожи на парафин и должны обеспечивать гидрофобное взаимодействие). Затем ученые измерили смачиваемость поверхности разными жидкостями: водой, глицерином, маслом — как в исходном состоянии, так и в электрическом поле.

Оказалось, что приложенное поле заметно влияет на смачиваемость — практически во всех случаях она улучшалась. Особенно ярко эта особенность проявилась для полимера, модифицированного углеводородными «хвостами» при смачивании его водой. Без поля этот полимер очень плохо смачивается (контактный угол равен 160 градусам), но, приложив потенциал в 1,2 вольта, ученым удалось добиться контактного угла в 70 градусов, то есть положительной смачиваемости.

Дело в том, что под действием поля структура полимера меняется и пришитые к поверхности гидрофобные «хвосты» уходят вглубь полимерного слоя. Смачиваемость водой от этого резко улучшается. Более того, ученые показали, что, если поле отключить, полимер быстро вернется в первоначальное положение — «хвостами наружу» — и смачиваемость вновь ухудшится. Этот процесс полностью обратим, и его можно повторять много раз, а само «переключение» занимает меньше секунды. Все это делает новый полимер очень перспективным материалом для самоочищающихся покрытий: достаточно будет переключить его в гидрофобный «режим», чтобы вода и водорастворимые загрязнения просто скатились с поверхности.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

В Сколтехе из дырявых нанотрубок сделали болометр

Теперь его передадут астрономам для изучения процессов образования звезд.
Добавить в закладки
Комментарии

Химики из Сколковского института науки и технологий и НИТУ МИСиС совместно с коллегами из Финляндии разработали новый прибор для улавливания электромагнитного излучения. В его основе детектор из обработанных для повышения чувствительности кислородом углеродных нанотрубок. Статья с результатами работы опубликована в журнале Nanoscale.

Болометром называют прибор для измерения мощности электромагнитного излучения. Датчики болометров изготавливают из материалов, электрическое сопротивление которых очень чувствительно к изменению температуры. Когда материал поглощает электромагнитную энергию, он нагревается и его сопротивление повышается.

Конструкции современных болометров делают их пригодными для улавливания электромагнитного излучения в широком диапазоне — ультрафиолетового, видимого, инфракрасного. Впрочем, для большинства диапазонов есть более простые и удобные методы, например термопары, фотовольтаические полупроводниковые детекторы и т.д. Поэтому в основном болометры применяют для улавливания так называемого субмиллиметрового излучения, которое приходит из космоса. Так называют излучение с длиной волны от 1 микрометра до 1 миллиметра. Оно лежит на шкале энергии между инфракрасным и микроволновым излучением. Изучение такого излучения очень важно в астрономии: с его помощью ученые исследуют образование звезд, вычисляя состав различных молекулярных облаков и ядер темных туманностей вокруг новой звезды.

Углеродные нанотрубки — цилиндры, состоящие из одной или нескольких свернутых в трубку графеновых плоскостей, — уже использовались ранее в детекторах болометров. Сейчас ученые работают над улучшением их характеристик: быстроты реакции и чувствительности. [ ... ]

Читать полностью

USPEX помог предсказать сверхпроводимость тринадцати новых гидридов урана

Целый ряд экзотических соединений урана может иметь высокотемпературную сверхпроводимость.
Добавить в закладки
Комментарии

Международная группа ученых из МФТИ, Сколково и Всероссийского НИИ автоматики им. Н.Л. Духова вначале предсказала, а затем экспериментально обнаружила новые гидриды урана. Что необычно, для некоторых из них также предсказана сверхпроводимость — свойство, нетипичное для соединений этого металла. Соответствующая статья опубликованы в Science Advances.

С помощью алгоритма вычисления кристаллической структуры USPEX теоретики во главе с профессором Сколтеха и МФТИ Артемом Огановым предсказали, что при давлениях от 50 тысяч атмосфер и выше возможно образование сразу 13 новых соединений водорода и урана (гидридов урана). До их работы известен был только один UH3. Среди «новичков» оказались такие необычные соединения, в которых на один атом урана приходится семь и даже восемь атомов водорода (UH7 и UH8). При этом UH7, UH8, UH9, U2H13 и U2H17 должны иметь сверхпроводимость при температуре до -219 по Цельсию (для UH7).

Расчеты USPEX удалось подтвердить экспериментально, получив UH5 при 50 тысячах атмосфер, высокотемпературные сверхпроводники UH7 при 310 тысячах атмосфер и UH8 при 450 тысячах атмосфер. К сожалению, практически проверить параметры сверхпроводимости при таких давлениях довольно сложно, а при обычном давлении все вновь открытые гибриды урана нестабильны и распадаются.

В то же время кристаллографическое исследование подтвердило прогноз USPEX: в новых материалах атомы урана расположены по краям элементов кристаллической решетки, а группы атомов водорода — в центре. А это означает, что корректным может быть и другое предсказание работы: после легирования гидридов урана температура, при которой они достигают сверхпроводимости, может еще больше увеличиться. [ ... ]

Читать полностью

В Казани сделали новый материал для люминесцентных термометров

Он будет идеален для измерения низких температур — от -130 до -20 градусов по Цельсию.
Добавить в закладки
Комментарии

Химики из Физико-технического института им. Е.К. Завойского и Национального исследовательского технологического университета в Казани синтезировали новый комплекс тербия. Люминесцентные свойства комплекса плавно меняются при охлаждении, что делает его перспективным материалом для низкотемпературных термометров. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry C.

Термометрами люди пользуются везде: дома, в больнице, на производстве, в научной лаборатории. Несмотря на кажущуюся простоту этого прибора, сконструировать хороший термометр не так просто, особенно, когда дело идет о точном измерении очень высоких или, наоборот, очень низких температур. Привычные нам жидкостные (ртутные, спиртовые) термометры для этих целей не подходят, в ход идут термометры сопротивления или термопары, а также люминесцентные. Работа последних основана на зависимости люминесценции (способности вещества возвращать поглощенную энергию в виде излучения) разных веществ от температуры. Такие термометры имеют много достоинств: высокую чувствительность, отсутствие погрешности, вызванной электромагнитным излучением, и т.д., поэтому ученые активно ищут новые материалы для их изготовления.

В своей новой работе казанские химики синтезировали люминесцентный комплекс тербия с ароматическими дикетонатами Tb(CPDK3−7)3phen. Тербий — металл из ряда лантанидов, его люминесценция обусловлена переходами электронов на самой высокой f-орбитали. Авторы смешали раствор хлорида тербия с горячим спиртовым раствором лигандов и отфильтровали полученный бледно-желтый осадок, из которого затем приготовили тонкие пленки. При комнатной температуре пленки светились зеленым светом, который соответствует переходам электронов в оболочке иона Tb3+.

Tb(CPDK3−7)3phen Изображение: Dmitry V. Lapaev et als. / Journal of Materials Chemistry C

Tb(CPDK3−7)3phen Изображение: Dmitry V. Lapaev et als. / Journal of Materials Chemistry C

[ ... ]
Читать полностью